降压型电源电路制造技术

一种降压型电源电路，包括：检测电阻，其与该电感电容低通滤波器的电感串联，并位于该电感的靠该有源可控开关一侧，用以检测流过该电感的电流的大小；辅助控制单元，其与该控制电路及检测电阻相连，用以根据该控制电路提供的第一PWM信号和该检测电阻给出的信号而产生第二PWM信号来控制该有源可控开关的通断；其中，该辅助控制单元仅在该检测电阻给出的信号下降到一个设定低值时，才允许该有源可控开关由截止状态转换为导通状态。本实用新型专利技术可以将续流二极管，有源可控开关以及电感等元器件需要承受的最大工作电流能力控制在较低的范围，从而可以降低成本，提升降压型电源电路的可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电源电路，尤其与降压型电源电路的有源可控开关的控制有关。
技术介绍
现有的降压型电源电路，参见图I，通常包括有源可控开关Kl，用以控制该有源可控开关Kl动作的控制单元KC0，与该有源可控开关Kl相连的由电感LI和电容Cl构成的低通滤波器以及电感电流泄放管Dl。该控制单元KCO则进一步包括控制电路和与该控制电路相连的触发器，该控制电路能够提供复位控制信号和脉宽控制信号给该触发器进而控制该有源可控开关Kl的通断。其中，有源可控开关Kl可以是高压三极管、高压MOS管、IGBT等开关器件。该降压型电源电路的基本工作原理大致包括有源可控开关Kl工作在脉宽调整状态，电感LI和电容Cl组成低通滤波器。电容Cl的设计原则是确保电容Cl上的纹波 电压小到一定程度。由于开关工作频率很高，电路稳态工作时，电容Cl上的电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，考虑到一个开关周期内电容充放电引起的纹波远小于电容Cl上输出的直流电压Uo，因此电容Cl上电压基本可以视为恒定直流。电感LI上的电流iL在时间上的变化量为AiL=(UL/Ll)* At，在有源可控开关Kl处于导通状态时，电感LI上的电压UL=Ud-Uo,在有源可控开关Kl处于截止状态时，电感LI上的电压UL=-Uo。参见图2，当有源可控开关Kl导通时，电感LI上的电压UL>0，电感LI上的电流iL增大，电感LI储能，参见图3，当有源可控开关Kl截止时，电感LI上的电压UL〈0，电感LI上的电流iL减小，电感LI释能。如果在电感LI上的电流iL减小到O之前使有源可控开关Kl切换到导通状态，则电感LI上会一直有电流流过，这种工作模式称为CCM模式(连续电流模式)。从理论而言，电感上的电流会在电感上产生磁链，磁链的大小为V=L*i，磁链是电感的储能形式，其储能的能量大小为W=L*i*i/2. (J)，对于确定的电感L，磁链有个最高值，如果电感上的磁链超过这个值，电感的电感量将急剧下降，从而可以使系统失控。也就是说，对确定的电感，磁链大小由其上流过的电流决定，对应于某个确定的电感，其有个最大电流值的限制，一旦超出这个限制的电流值，电感量会急剧下降，使系统失控。参见图4，在CCM模式下的稳态工作过程大致包括在一个周期内电感LI上的电流iL在Tl阶段上升和T2阶段下降的量是相等的，也就是，(VI-VO)/L1*T1= V0/L1*T2。其中，忽略了续流二极管Dl和有源可控开关Kl的正向导通压降；T1+T2=T，TI是开关周期中的导通时间段，T2是开关周期中的关闭时间段，T是开关周期；D=T1/T，D为开关周期的占空比。由上述公式变换可以得到V0=VI*D，该公式是控制有源可控开关Kl动作以输出稳定电压的基本原理，也就是说，根据确定的VI和占空比D，就可以得到确定的输出电压VO。该电路应对电流iRL变化的调整过程大致包括如果输出电流iRL突然增加，则输出电压VO会下降，这样一来，Tl时间内(VI-VO)值会上升，从而，AiL (Tl)=( (VI-VO)/LI)* Tl会增加；由于Τ2时间内VO下降，AiL (Τ2) = (-V0/L1)* Τ2，电流下降量减小，这就导致一个周期T内电感LI上的电流iL变化量AiL (Tl)+AiL (T2) >0，进而导致下个周期T电感LI上的电流iL从一个新的更高的基础上开始变化，使得电感LI在后一个周期里的平均电流大于前个周期的平均电流。只要输出电压VO达不到设定值，这个过程会不停地进行下去，直到电感LI的平均电流提高到足以弥补输出电流增加而引起的输出电压VO下降，使输出电压VO重新回到设定的VO值，达到一个新的平衡。反之，如果输出电流iRL突然将小，也会出现类似上述的不断震荡并提升电感LI的平均电流，直至达到一个新的平衡。参见图5，在输出电压V0〈设定的VI*D的情况下，电感LI上的电流iL会持续上升。另外，在电路启动阶段，电容Cl上的初始电压为0，在VO由OV上升到设置值的过程中，参照上述的电路应对电流iRL变化的调整过程中所描述的电感中的电流在达到平衡之前会越来越高，甚至要超出稳定状态下的电感上最大平均电流好几倍。这个比例由电容Cl，负载电流iRL的峰值IL0ADMAX，输入电压VI，占空比D等参数决定，而所谓稳态下的最大平均电流就是输出要求的最大负载电流，也就是说，在启动过程中，降压型电源电路要承受比正常工作状态下高几倍的峰值电流。这样一来，为了确保降压型电源电路的稳定可靠，就要求续流二极管D1，有源可控开关Kl以及电感LI具有承受电路所有工作过程中的最大 工作电流能力。同样，在电路输出短路状态时，输出电压VO —直为O,这会导致电路输出电流一直上升，而输出电压VO始终得不到平衡，最后甚至会导致降压型电源电路的失效。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种降压型电源电路的有源可控开关的控制技术，可以将续流二极管，有源可控开关以及电感等元器件需要承受的最大工作电流能力控制在较低的范围，从而可以降低成本，提升降压型电源电路的可靠性。本技术的技术人经过研究发现，通过在降压型电源电路工作的全过程对电感电流进行监测，并控制迫使电感在释能周期中使电感的电流下降到一个设定低值才允许再次导通，就是说使系统工作于DCM模式(断续电流工作模式，该设定低值为零)，或工作于浅CCM模式(该设定低值为一个大于零的值)。 采用DCM/浅CCM模式，可以解决降压型电源电路在开启过程以及输出短路等过程所要求的很高的最大工作电流承受能力。不同于现有的CCM模式，本技术使电感工作在DCM模式或浅CCM，也就是说，后一个周期开关导通前，需要确保电感上储能已经泄放完毕或泄放到一定程度，也就是说，电感上的电流减小为O或一个设定值。本技术针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种降压型电源电路，包括控制电路、有源可控开关、电感电容低通滤波器以及续流二极管，该控制电路能够提供第一 PWM信号来控制该有源可控开关的通断，该降压型电源电路还包括检测电阻，其与该电感电容低通滤波器的电感串联，并位于该电感的靠该有源可控开关一侧，用以检测流过该电感的电流的大小；辅助控制单元，其与该控制电路及检测电阻相连，用以根据该控制电路提供的第一 PWM信号和该检测电阻给出的信号而产生第二 PWM信号来控制该有源可控开关的通断；其中，该辅助控制单元仅在该检测电阻给出的信号下降到一个设定低值时，才允许该有源可控开关由截止状态转换为导通状态。该控制电路包括用以输出该第二 PWM信号的触发器；该辅助控制单元包括比较器和逻辑组合，该比较器用以将该检测电阻上的电压降与设定参考电压相比较而给出一调节信号，该逻辑组合用以对该第一 PWM信号和该调节信号进行逻辑运算得到该第二 PWM信号。当流经该电感的电流上升到一设定高值和/或该有源可控开关维持导通状态达到一设定时长，该控制电路能够迫使该有源可控开关由导通状态转换为截止状态。该控制电路、有源可控开关、比较器以及辅助控制单元是封装在一颗集成电路中的，该检测电阻外接于该集成电路。该有源可控开关为三极管。该设定高值的范围为最大输出电流的I. 5倍-2. 5倍。该设定时长的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降压型电源电路，包括控制电路、有源可控开关、电感电容低通滤波器以及续流二极管，该控制电路能够提供第一PWM信号来控制该有源可控开关的通断，其特征在于，该降压型电源电路还包括：检测电阻，其与该电感电容低通滤波器的电感串联，并位于该电感的靠该有源可控开关一侧，用以检测流过该电感的电流的大小；辅助控制单元，其与该控制电路及检测电阻相连，用以根据该控制电路提供的第一PWM信号和该检测电阻给出的信号而产生第二PWM信号来控制该有源可控开关的通断；其中，该辅助控制单元仅在该检测电阻给出的信号下降到一个设定低值时，才允许该有源可控开关由截止状态转换为导通状态。2.？？依据权利要求1所述的降压型电源电路，其特征在于，该控制电路包括用以输出该第二PWM信号的触发器；该辅助控制单元包括比较器和逻辑组合，该比较器用以将该检测电阻上的电压降与设定参考电压相比较而给出一调节信号，该逻辑组合用以对该第一PWM信号和该调节信号进行逻辑运算得到该第二PWM信号。3.？？依据权利要求2所述的降压型电源电路，其特征在于，当流经该电感的电流上升到一设定高值和/或该有源可控开关维持导通状态达到一设定时长，该控制电路能够迫使该有源可控开关由导通状态转换为截止状态。4.？？依据权利要求2所述的降压型电源电路，其特征在于，该控制电路、有源可控开关、比较器以及辅助控制单元是封装在一颗集成电路中的，该检测电阻外接于该集成电路。5.？？依据权利要求2所述的降压型电源电路，其特征在于，该有源可控开关为三极管。6.？？依据权利要求3所述的降压型电源电路，其特征在于，该设定高值的范围为最大输出电流的1.5倍？2.5倍。7.？？依据权利要求3所述的降压型电源电路，其特征在于，该设定时长的范围为5us？20us。8.？？依据权利要求1所述的降压型电源电路，其特征在于，该设定低值的范围为最大输出电流的0倍？1倍。...

【技术特征摘要】
1.一种降压型电源电路，包括控制电路、有源可控开关、电感电容低通滤波器以及续流二极管，该控制电路能够提供第一 PWM信号来控制该有源可控开关的通断，其特征在于，该降压型电源电路还包括 检测电阻，其与该电感电容低通滤波器的电感串联，并位于该电感的靠该有源可控开关一侧，用以检测流过该电感的电流的大小； 辅助控制单元，其与该控制电路及检测电阻相连，用以根据该控制电路提供的第一 PWM信号和该检测电阻给出的信号而产生第二 PWM信号来控制该有源可控开关的通断； 其中，该辅助控制单元仅在该检测电阻给出的信号下降到一个设定低值时，才允许该有源可控开关由截止状态转换为导通状态。2.依据权利要求I所述的降压型电源电路，其特征在于，该控制电路包括用以输出该第二 PWM信号的触发器；该辅助控制单元包括比较器和逻辑组合，该比较器用以将该检测电阻上的电压降与设定参考电压相比较而给出一调节信号，该逻...

【专利技术属性】
技术研发人员：林新春，郑凌波，
申请(专利权)人：深圳市力生美半导体器件有限公司，
类型：实用新型
国别省市：